Моноблочный двигатель

Моноблочный — это поршневой двигатель внутреннего сгорания , или блочный двигатель некоторые из основных компонентов которого (например, головка блока цилиндров , блок цилиндров или картер ) формируются, обычно путем литья , как единый целостный блок, а не собираются позже. Это имеет преимущества улучшения механической жесткости и повышения надежности уплотнения между ними.

Моноблочные методы восходят к зарождению двигателя внутреннего сгорания . Использование этого термина со временем менялось, обычно для решения наиболее насущных механических проблем, затрагивающих двигатели того времени. Было три различных применения этой техники:

В большинстве случаев любое использование этого термина описывает моноблочную конструкцию, что противоречит более распространенной современной практике. Там, где моноблочная техника позже стала нормой, этот конкретный термин потерял популярность. Сейчас обычной практикой является использование моноблочных цилиндров и картеров, но моноблочная головка (по крайней мере, для рядного двигателя с водяным охлаждением) будет считаться своеобразной и устаревшей.

Головка блока цилиндров

Прокладка головки блока цилиндров является статическим уплотнением двигателя, подвергающимся наиболее высоким нагрузкам, и в первые годы она была источником серьезных проблем. Моноблочная головка блока цилиндров образует и цилиндр, и головку в одном блоке, что устраняет необходимость в уплотнении.

Наряду с выходом из строя прокладки головки блока цилиндров, одной из наименее надежных частей раннего бензинового двигателя был выпускной клапан, который имел тенденцию выходить из строя из-за перегрева. Моноблочная головка может обеспечить хорошее водяное охлаждение, тем самым снижая износ клапана, поскольку она может непрерывно расширять водяную рубашку как вокруг головки, так и вокруг цилиндра. Двигатели с прокладками требовали здесь контакта металла с металлом, что нарушало поток воды.

Недостаток моноблочной головки в том, что доступ внутрь камеры сгорания (верхний объем цилиндра) затруднен. Доступ через отверстие цилиндра ограничен для обработки седел клапанов или установки угловых клапанов. Еще более серьезным ограничением является удаление кокса и перешлифовка седел клапанов, что является обычной задачей для старых двигателей. Вместо того, чтобы снимать головку блока цилиндров сверху, механик должен снять поршни, шатуны и коленчатый вал снизу. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Одним из решений этой проблемы для двигателей с боковыми клапанами было размещение резьбовой заглушки непосредственно над каждым клапаном и получение доступа к клапанам через нее (показано). Коническая резьба навинчивающейся пробки обеспечивала надежное уплотнение. Для маломощных двигателей в течение нескольких лет это было популярное решение, но охлаждать эту пробку было сложно, так как водяная рубашка не заходила в пробку. По мере увеличения производительности также стало важно иметь лучшую конструкцию камеры сгорания с меньшим «мертвым пространством». Одним из решений было разместить свечу зажигания в центре этой свечи, чтобы, по крайней мере, использовать пространство. Это привело к тому, что свеча зажигания оказалась дальше от камеры сгорания, что привело к удлинению пути пламени и замедлению воспламенения.

Во время Первой мировой войны разработка двигателя внутреннего сгорания значительно продвинулась вперед. После войны, когда производство гражданских автомобилей возобновилось, моноблочная головка блока цилиндров требовалась реже. Только высокопроизводительные автомобили, такие как Leyland Eight 1920 года, сохранили его. ^{[ 5 ]} Бентли и Бугатти ^{[ 3 ]}^{[ 6 ]} Были и другие гоночные марки, которые особенно придерживались их в течение 1920-х и вплоть до 1930-х годов, наиболее известное из которых использовалось в специально созданных американских гоночных двигателях Offenhauser рядных четырехцилиндровых , впервые спроектированных и построенных в 1930-х годах.

В то время авиационные двигатели начали использовать высокое давление наддува , что увеличивало нагрузку на прокладки головки блока цилиндров. В таких двигателях, как Rolls-Royce Buzzard, для надежности использовались моноблочные головки. ^{[ 7 ]}

Последними двигателями, в которых широко использовались моноблочные головки цилиндров, были большие авиационные радиальные двигатели с воздушным охлаждением , такие как Wasp Major . У них отдельные цилиндры, поэтому доступ менее ограничен, чем у рядного двигателя с моноблочным картером и цилиндрами, как у большинства современных двигателей. Поскольку они обладают высокой удельной мощностью и требуют большой надежности, преимущества моноблока остались привлекательными.

Двигатели гражданской авиации, такие как Franklin , Continental и Lycoming , по-прежнему производятся новыми. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} и продолжать использовать моноблочные отдельные цилиндры, хотя Франклин использует съемную гильзу. В их конструкции используется сочетание материалов, таких как сталь для цилиндров цилиндров и алюминиевые сплавы для головок цилиндров, чтобы снизить вес. Обычные методы восстановления включают хромирование внутренней части цилиндров с образованием «трещин», имитирующих « штрихованную » поверхность, обычно получаемую при обычном хонинговании цилиндров. Для старых двигателей, работающих на неэтилированном автомобильном бензине , что разрешено дополнительными сертификатами типа , утвержденными FAA, может потребоваться более частая механическая замена клапанов и седел. Для обслуживания седел клапанов в этих цилиндрах используются специальные инструменты. ^{[ 11 ]} При каждом капитальном ремонте или восстановлении следует проводить неразрушающий контроль для выявления дефектов, которые могли возникнуть в условиях экстремальной эксплуатации, повреждения двигателя в результате внезапной остановки гребного винта или продолжительной работы двигателя. ^{[ 12 ]}

Исторически трудности механической обработки и обслуживания моноблочной головки блока цилиндров были и остаются серьезным недостатком. Поскольку прокладки головки блока цилиндров стали способны выдерживать большее тепло и давление, этот метод вышел из употребления. Сегодня он почти неизвестен, но нашел несколько ниш применения, поскольку технология моноблочных головок цилиндров была принята японским производителем двигателей Saito Seisakusho для своих с калильным четырехтактных моделей двигателей и искровым зажиганием для нужд радиоуправляемых самолетов .

Моноблочные цилиндры также по-прежнему используются в небольших двухтактных двигателях силового оборудования, используемого для ухода за газонами и садами, такого как триммеры, культиваторы и воздуходувки. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

Блок цилиндров

Технология литья на заре двигателя внутреннего сгорания могла надежно отливать либо большие отливки, либо отливки со сложными внутренними сердечниками , позволяющими использовать водяные рубашки, но не то и другое одновременно. В большинстве ранних двигателей, особенно с числом цилиндров более четырех, цилиндры отливались в виде пар или тройек цилиндров, а затем крепились болтами к одному картеру.

По мере совершенствования технологий литья весь блок цилиндров из четырех, шести или даже восьми цилиндров можно было отливать как один. Это была более простая конструкция, поэтому менее дорогая в производстве. ^{[ 15 ]} а общая водяная рубашка позволяла уменьшить расстояние между цилиндрами. Это также улучшило механическую жесткость двигателя, предотвращая изгиб и все более важное скручивание, поскольку количество цилиндров и длина двигателя увеличились. ^{[ 16 ]} В контексте авиационных двигателей немоноблочным предшественником моноблочных цилиндров была конструкция, в которой цилиндры (или, по крайней мере, их гильзы) отливались отдельно, а внешняя водяная рубашка была применена позже из медного или стального листа. ^{[ 17 ]} Эта сложная конструкция была дорогой, но легкой, поэтому широко применялась только в самолетах.

V-образные двигатели остались с отдельной отливкой блока для каждого ряда . Сложные воздуховоды, необходимые для впускных коллекторов между берегами, были слишком сложны, чтобы их можно было отлить иначе. В целях экономии в некоторых двигателях, таких как V12 Pierce-Arrow , использовались одинаковые отливки для каждого ряда, левого и правого. ^{[ 18 ]} В некоторых редких двигателях, таких как двигатель Lancia 22½° V12 1919 года, действительно использовалась единая отливка блока для обоих рядов. узкоугольный ^{[ 19 ]}

Моноблочный двигатель объемом 322 куб. Дюйма (5,3 л) использовался в Series 60 1936 года . Он был разработан как силовая установка компании следующего поколения по более низкой цене по сравнению с 353 и Cadillac V16 . Цилиндры и картер моноблока были отлиты как единое целое. ^{[ 20 ]} и для долговечности использовались гидравлические толкатели клапанов. Такая конструкция позволила создать линейку Series 60 средней ценовой категории.

Современные цилиндры, за исключением двигателей с воздушным охлаждением и некоторых V-образных двигателей , теперь повсеместно отливаются как единый блок цилиндров, а современные головки почти всегда представляют собой отдельные компоненты.

Картер

Поскольку литье улучшилось и блоки цилиндров стали моноблоками, появилась возможность отливать цилиндры и картер как единое целое. Основной причиной этого было улучшение жесткости конструкции двигателя, снижение вибрации и обеспечение более высоких скоростей.

Большинство двигателей, за исключением некоторых двигателей V, теперь представляют собой моноблок картера и блока цилиндров.

Современные двигатели - Комбинированный блок, головка и картер.

В легких Honda GC потребительского класса малотоннажных двигателях используется моноблочная конструкция без головки , в которой головка блока цилиндров, блок и половина картера имеют одну и ту же отливку, которую Honda называет «моноблоком». ^{[ 21 ]} Одной из причин этого, помимо стоимости, является снижение общей высоты двигателя. имеет воздушное охлаждение Поскольку конструкция OHC , это возможно благодаря современным технологиям литья алюминия и отсутствию сложных полостей для жидкостного охлаждения. Клапаны расположены вертикально, что позволяет осуществлять сборку в ограниченном пространстве. С другой стороны, выполнение капитального ремонта становится настолько трудоемким, что двигатель можно считать одноразовым. Коммерческие двигатели семейства Honda GX (и их многочисленные популярные подделки ) имеют более традиционную конструкцию с одним картером и отлитым цилиндром с отдельной головкой блока цилиндров.

Honda производит множество других моноблоков с головным блоком и картером под разными названиями, например, серия GXV. Все они могут быть идентифицированы снаружи по прокладке, которая делит картер пополам под углом примерно 45°.

Ссылки

^ Кеннеди, Рэнкин (1905). Двигатель Де Дион-Бутона и автомобили . Книга современных двигателей и генераторов (изд. 1912 г.). Лондон: Кэкстон. стр. 78–89.
^ Кеннеди , стр. 163-167.
^ Jump up to: ^а ^б Конвей, Х.Г. (1984). «Тип 41 Рояль». Бугатти . Великий Маркиз. Осьминог. п. 64. ИСБН 0-7064-2046-2 .
^ Штейн, Ральф (1973). Мир автомобиля . Хэмлин. стр. 172–173. ISBN 0-600-39305-4 .
^ Постум, Кирилл (1973). Винтажные автомобили . Хэмлин. стр. 59 . ISBN 0-600-39131-0 .
^ Штейн, Ральф (1979). Величайшие автомобили . п. 75. ИСБН 0671251953 .
^ Людвигсен, Карл (2005). Двигатель V12 . Издательство Хейнс . п. 99. ИСБН 1-84425-004-0 .
^ «9057» . lycoming.com . Проверено 20 июня 2020 г.
^ «Авиационные двигатели Франклина — ваш источник информации о двигателях Франклина, модификациях двигателей, аксессуарах и компонентах» . www.franklinengines.com . Проверено 20 июня 2020 г.
^ «200» . www.continental.aero . Проверено 20 июня 2020 г.
^ «МИРА-VGX-21 Аэрокит для авиационных двигателей Lycoming и Continental» . www.miratool.ch . Проверено 20 июня 2020 г.
^ Федеральное управление гражданской авиации (10 октября 2012 г.). «Приемлемые методы, приемы и практика – осмотр и ремонт самолетов» (PDF) . Проверено 20 июня 2020 г.
^ "587597301 Цилиндр - Хром" . eEeplacementParts.com .
^ «(#3A) Оригинальные детали культиватора Mantis № 10101145230, цилиндр» . Аламия .
^ Редакция (8 июля 1909 г.). «Редакционная рубрика «Возрождение блочного двигателя» » . Автомобиль .
^ Бомонт, Р. А. (около 1948 г.). «11. Проектирование и конструкция авиационных двигателей». Преимущества моноблока . Лондон: Одхамс. п. 227. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )
^ Бомонт , с. 231
^ Людвигсен, Двигатель V12 , стр. 120
^ Людвигсен, Двигатель V12 , стр. 50-53
↑ Австралийский клуб Cadillac LaSalle, La Salle Питера 1939 года.
^ «Двигатели общего назначения Honda: серия GC — одноцилиндровые» . Архивировано из оригинала 27 ноября 2010 г. Включает чертежи в разрезе

[Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_III,_De_Dion-Bouton-1] Кеннеди, Рэнкин (1905). Двигатель Де Дион-Бутона и автомобили . Книга современных двигателей и генераторов (изд. 1912 г.). Лондон: Кэкстон. стр. 78–89.

[Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_III,_Napier-2] Кеннеди , стр. 163-167.

[Conway,_Bugatti,_1984,_64-3] Jump up to: ^а ^б Конвей, Х.Г. (1984). «Тип 41 Рояль». Бугатти . Великий Маркиз. Осьминог. п. 64. ИСБН 0-7064-2046-2 .

[Stein,_1973,_172-4] Штейн, Ральф (1973). Мир автомобиля . Хэмлин. стр. 172–173. ISBN 0-600-39305-4 .

[Posthumus,_Vintage_Cars,_Leyland_Eight-5] Постум, Кирилл (1973). Винтажные автомобили . Хэмлин. стр. 59 . ISBN 0-600-39131-0 .

[Stein,_Greatest_Cars,_Bugatti-6] Штейн, Ральф (1979). Величайшие автомобили . п. 75. ИСБН 0671251953 .

[Ludvigsen,_V12_Engine,_Buzzard-7] Людвигсен, Карл (2005). Двигатель V12 . Издательство Хейнс . п. 99. ИСБН 1-84425-004-0 .

[8] «9057» . lycoming.com . Проверено 20 июня 2020 г.

[9] «Авиационные двигатели Франклина — ваш источник информации о двигателях Франклина, модификациях двигателей, аксессуарах и компонентах» . www.franklinengines.com . Проверено 20 июня 2020 г.

[10] «200» . www.continental.aero . Проверено 20 июня 2020 г.

[11] «МИРА-VGX-21 Аэрокит для авиационных двигателей Lycoming и Continental» . www.miratool.ch . Проверено 20 июня 2020 г.

[12] Федеральное управление гражданской авиации (10 октября 2012 г.). «Приемлемые методы, приемы и практика – осмотр и ремонт самолетов» (PDF) . Проверено 20 июня 2020 г.

[13] "587597301 Цилиндр - Хром" . eEeplacementParts.com .

[14] «(#3A) Оригинальные детали культиватора Mantis № 10101145230, цилиндр» . Аламия .

[The_Automobile_1909-07-08_p70-15] Редакция (8 июля 1909 г.). «Редакционная рубрика «Возрождение блочного двигателя» » . Автомобиль .

[IC_Engines_Illus,_Monobloc-16] Бомонт, Р. А. (около 1948 г.). «11. Проектирование и конструкция авиационных двигателей». Преимущества моноблока . Лондон: Одхамс. п. 227. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )

[17] Бомонт , с. 231

[Ludvigsen,_V12_Engine,_Pierce-Arrow-18] Людвигсен, Двигатель V12 , стр. 120

[Ludvigsen,_V12_Engine,_Lancia_V12-19] Людвигсен, Двигатель V12 , стр. 50-53

[20] Австралийский клуб Cadillac LaSalle, La Salle Питера 1939 года.

[21] «Двигатели общего назначения Honda: серия GC — одноцилиндровые» . Архивировано из оригинала 27 ноября 2010 г. Включает чертежи в разрезе

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]